Tesis por compendio / [ES] Esta tesis doctoral titulada "Nanopartículas de sílice mesoporosas funcionalizadas con puertas moleculares para aplicaciones biomédicas" está centrada en el diseño y la síntesis de nuevos nanosistemas sensores y terapéuticos con aplicaciones en el campo clínico y medioambiental. En la introducción de esta tesis (capítulo uno) se presenta una visión general de conceptos básicos de nanotecnología, química supramolecular, nanopartículas de sílice mesoporosa y de puertas moleculares. A continuación, se presentan los objetivos generales y específicos que se van a desarrollar en los capítulos experimentales siguientes. En el tercer capítulo se presenta el diseño, síntesis y caracterización de un nanodispositivo para la detección de endotoxina en medios acuosos. El nanodispositivo está basado en nanopartículas de sílice mesoporosa con los poros cargados con rodamina B y su superficie externa funcionalizada con grupos carboxilato. Los poros se bloquean, para evitar la liberación de la rodamina B, con polimixina B, un péptido con carga positiva. En presencia de la endotoxina, la polimixina B es desplazada de la superficie de las nanopartículas y se activa la liberación de la rodamina B del interior de los poros a la disolución. Esta liberación genera un aumento significativo de la fluorescencia en la disolución permitiendo la detección de la endotoxina. La respuesta obtenida con el nanodispositivo es muy selectiva ya que otras especies como el arabinogalactan, el ß-(1,3)-D-glucano, la pectina, el EDTA, la glucosa, el GTP y el polvo no son capaces de inducir la apertura de los poros y la liberación de la rodamina B. Además, el nanodispositivo presenta un límite de detección para la endotoxina en el rango picomolar. En el cuarto capítulo se describe un nanodispositivo, basado en nanopartículas de sílice mesoporosa cargadas con rodamina B y tapadas con curcumina, que se emplea para la detección selectiva de seroalbúmina humana (HSA) mediante medidas de fluorescencia. En este nanodispositivo, de nuevo, la presencia de HSA es capaz de desplazar la curcumina de la superficie de las nanopartículas permitiendo la liberación controlada de la rodamina B. El nanodispositivo preparado presentó una respuesta muy selectiva hacia la HSA con un límite de detección tan bajo como 0.1 mg/mL en PBS (pH 7.4)-acetonitrilo 95:5 v/v. El capítulo cinco está centrado en la preparación de un nanodispositivo para la liberación sinérgica del antibiótico linezolida en presencia de bacterias Gram negativas. Este nanomaterial está basado en el empleo de nanopartículas de sílice mesoporosa (como soporte inorgánico) con los poros cargados con linezolida y con la superficie externa funcionalizada con el antibiótico disruptor de membrana polimixina B (mediante interacciones electrostáticas). Cuando estas nanopartículas entran en contacto con bacterias Gram negativas el lipopolisacárido (LPS) de sus membrabas induce el desplazamiento de la polimixina B que actúa eficientemente como permeador y permite la liberación de la linezolida. La liberación simultánea de linezolida y la polimixina B en forma de nanoformulación inducen una reducción significativa de los valores del IC50 para bacterias cuando se compara con los valores obtenidos empleando de forma individual ambas especies. El capítulo sexto está dedicado a la discusión de los resultados experimentales descritos en los capítulos tres, cuatro y cinco. Finalmente, el capítulo siete de esta tesis doctoral, presenta las conclusiones generales que se derivan del trabajo experimental realizado. También se presentan las perspectivas futuras en el campo de las aplicaciones biomédicas de las nanopartículas de sílice mesoporosa con puertas moleculares. Esperamos que los resultados que se presentan en esta tesis doctoral puedan abrir nuevas oportunidades de investigación en el desarrollo de nuevos nanodispositivos inteligentes que puedan actuar como agentes antimicrobianos. / [CAT] Aquesta tesi doctoral titulada "Nanopartícules de sílice mesoporoses funcionalitzades amb portes moleculars per a aplicacions biomèdiques" està centrada en el disseny i la síntesi de nous nanosistemes sensors i terapèutics amb aplicacions en el camp clínic i mediambientals. En la introducció d'aquesta tesi (capítol un) es presenta una visió general de conceptes bàsics de nanotecnologia, química supramolecular, nanopartícules de sílice mesoporosa i de portes moleculars. A continuació, es presenten els objectius generals i específics que es desenvoluparan en els capítols experimentals següents. En el tercer capítol es presenta el disseny, síntesi i caracterització d'un nanodispositiu per a la detecció d'endotoxina en mitjans aquosos. El nanodispositiu està basat en nanopartícules de sílice mesoporosa amb els porus carregats amb rodamina B i la seua superfície externa funcionalitzada amb grups carboxilat. Els porus es bloquegen, per a evitar l'alliberament de la rodamina B, amb polimixina B, un pèptid amb càrrega positiva. En presència de l'endotoxina, la polimixina B és desplaçada de la superfície de les nanopartícules i s'activa l'alliberament de la rodamina B de l'interior dels porus a la dissolució. Aquest alliberament genera un augment significatiu de la fluorescència en la dissolució permetent la detecció de l'endotoxina. La resposta obtinguda amb el nanodispositiu és molt selectiva ja que altres espècies com l'arabinogalactan, el ß-(1,3)-D-glucà, la pectina, l'EDTA, la glucosa, el GTP i la pols no són capaços d'induir l'obertura dels porus i l'alliberament de la rodamina B. A més, el nanodispositiu presenta un límit de detecció per a l'endotoxina en el rang picomolar. En el quart capítol es descriu un nanodispositiu, basat en nanopartícules de sílice mesoporosa carregades amb rodamina B i tapades amb curcumina, que s'empra per a la detecció selectiva de seroalbúmina humana (HSA) mitjançant mesures de fluorescència. En aquest nanodispositiu, de nou, la presència de HSA és capaç de desplaçar la curcumina de la superfície de les nanopartícules permetent l'alliberament controlat de la rodamina B. El nanodispositiu preparat va presentar una resposta molt selectiva cap a la HSA amb un límit de detecció tan baix com 0.1 mg/ml en PBS (pH 7.4)-acetonitril 95:5 v/v. El capítol cinc està centrat en la preparació d'un nanodispositiu per a l'alliberament sinèrgic de l'antibiòtic linezolida en presència de bacteris Gram negatives. Aquest nanomaterial està basat en l'ús de nanopartícules de sílice mesoporosa (com a suport inorgànic) amb els porus carregats amb linezolida i amb la superfície externa funcionalitzada amb l'antibiòtic disruptor de membrana polimixina B (mitjançant interaccions electroestàtiques). Quan aquestes nanopartícules entren en contacte amb bacteris Gram negatives el lipopolisacàrid (*LPS) de les seues membranes indueix el desplaçament de la polimixina B que actua eficientment com permeador i permet l'alliberament de la linezolida. L'alliberament simultani de linezolida i la polimixina B en forma de nanoformulació indueixen una reducció significativa dels valors de l'IC50 per a bacteris quan es compara amb els valors obtinguts emprant de manera individual totes dues espècies. El capítol sisé està dedicat a la discussió dels resultats experimentals descrits en els capítols tres, quatre i cinc. Finalment, el capítol set d'aquesta tesi doctoral, presenta les conclusions generals que es deriven del treball experimental realitzat. També es presenten les perspectives futures en el camp de les aplicacions biomèdiques de les nanopartícules de sílice mesoporosa amb portes moleculars. Esperem que els resultats que es presenten en aquesta tesi doctoral puguen obrir noves oportunitats d'investigació en el desenvolupament de nous nanodispositius intel·ligents que puguen actuar com a agents antimicrobians / [EN] This PhD thesis entitled "Gated mesoporous silica nanoparticles for biomedical applications" is focused on the design and synthesis of novel nanodevices for sensing and therapeutic applications in clinical and environmental fields. The first introductory chapter presented an overview of the different concepts related to nanotechnology, supramolecular chemistry, mesoporous silica nanoparticles (MSNs), and molecular gates. Next, the general and specific objectives of this PhD thesis, that are addressed in the different experimental chapters, are presented. The third chapter presented the design, synthesis, and characterization of a nanodevice for endotoxin detection in aqueous environments. The prepared nanodevice is based on mesoporous silica nanoparticles loaded rhodamine B and with its external surface functionalized with carboxylates. Pores are finally capped upon addition of cationic polymyxin B peptide. In the presence of endotoxin, polymyxin B is detached from the surface of the nanoparticles with subsequent rhodamine B release from the inner of the pores to the solution. This release generated a marked emission enhancement in solution which allow endotoxin detection. The obtained response was highly selective to endotoxin because other interfering agents such as arabinogalactan, ß-(1,3)-D-glucan, pectin, EDTA, glucose, GTP and dust were unable to induce pore opening and rhodamine B release. Besides, the system detects endotoxin with a limit of detection in the picomolar range. The fourth chapter presented a nanodevice, based on mesoporous silica nanoparticles loaded with rhodamine B and capped with anionic curcumin, which is used for the selective and sensitive fluorogenic detection of human serum albumin (HSA). Again, in the presence of HSA, curcumin was detached from nanoparticles surface allowing rhodamine B release. Prepared nanodevice showed a highly selective response toward HSA with a limit of detection for HSA as low as 0.1 mg/mL in PBS (pH 7.4)-acetonitrile 95:5 v/v. Chapter five focus on the design and synthesis of a nanodevice for the synergic release of linezolid antibiotic in the presence of Gram-negative bacteria. This nanodevice is based on the use of mesoporous silica nanoparticles (as inorganic support) with the pores loaded with linezolid and capped with the membrane disruptor polymyxin B through electrostatic interactions. When these particles enter in contact with Gram-negative bacterium, lipopolysaccharide (LPS) present in the cell membrane induces the detachment of polymyxin B, which acts as membrane permeator, from the nanodevice allowing linezolid release. Simultaneous release of linezolid and polymyxin B as a nanoformulation induced a marked reduction in the IC50 values for bacteria when compared to the values obtained using free linezolid and polymyxin B alone. The sixth chapter is devoted to the discussion of the experimental results described in the previous chapters. Finally, the seventh chapter of this PhD thesis, presented the main conclusions, derived from the experimental work, and future perspectives in the field of gated mesoporous silica nanoparticles for biomedical applications. We hope that the results achieved in this PhD thesis will open new research opportunities to develop advanced smart nanodevices as antimicrobial drugs / Otri, I. (2023). Gated Mesoporous Silica Nanoparticles for Biomedical Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194710 / Compendio

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Nanoporous organic polymers, including hypercrosslinked polymers (HCPs), covalent organic frameworks (COFs), polymers of intrinsic microporosity (PIMs), and conjugated microporous polymers (CMPs) etc., are considered good candidates for potential gas storage and gas separation applications. Porosities and surface areas of a series of semirigid alternating copolymers, which contained tert-butyl carboxylate-functionalized stilbene or tert-butyl carboxylate-functionalized styrene, and maleic anhydride or tert-butyl carboxylate-functionalized phenyl maleimide, were investigated using nitrogen sorption/desorption isotherms at 77 K and molecular simulations. These alternating copolymers were found to have Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas in the range of 20-40 m2/g. Surface areas of these alternating copolymers increased as the steric crowding of the polymer backbone increased, which was the result of introducing extra phenyl rings and/or N-phenyl substituent maleimide units. Surface areas were found to increase as the persistence length increased. A series of HCPs containing functionalized stilbene and N-substituted phenyl maleimide were synthesized via free radical suspension polymerization. The incorporation of these functionalized, chain stiffening, Tg enhancing comonomers raised the Tgs of precursor polymers before they were crosslinked. Surface areas of these HCPs, obtained from nitrogen adsorption/desorption isotherms at 77 K, were up to 1058 m2/g. However, the surface areas of these HCPs were systematically lower than the controls. The high rigidity of the polymer backbone, which was the result of incorporating Tg enhancing comonomer, likely affected the chain mobility of the precursor polymer, decreased the efficiency of post-crosslinking reactions, and thus resulted in lower surface areas. Amine-functionalized styrene/stilbene polymers were prepared via free radical polymerization or post-modification. Amine-containing silica-based sorbents were prepared using the impregnation method. Sorption of CO2 by these materials was tested using TGA and compared with control samples. Both high amine content and certain levels of surface area were found to be important for a sorbent to achieve high CO2 uptake. Highest CO2 uptake (12 wt%) under our testing condition in these materials was achieved by an amine-containing silica sorbent. / Ph. D.

Ce travail est consacré à la préparation de matériaux mésoporeux à partir de cristaux liquides formés avec des tensioactifs fluorés selon le mécanisme transcriptif LCT. Les paramètres de synthèse ont été optimisés pour la préparation de silices mésostructurées à partir de la phase hexagonale du système eau/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH. Les résultats montrent une corrélation entre le diamètre des pores des matériaux et les diamètres hydrophobes mesurés dans les cristaux liquides. L'incorporation de TiO2 dans une matrice silicatée selon la méthode de coprécipitation a été réalisée en utilisant soit des micelles (mécanisme d'auto-assemblage coopératif CTM), soit la phase hexagonale du système C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/eau (mécanisme transcriptif LCT). Dans les deux cas, l'incorporation de titane conduit à une perte de la structure et à une diminution de la surface spécifique. L'utilisation du mécanisme CTM favorise la formation de TiO2 anatase en surface du matériau, tandis que pour le mécanisme LCT, la substitution du silicium par le titane au coeur du matériau a été mise en évidence. Des films minces mésostructurés à base de TiO2 ont été réalisés à partir de la méthode EISA. Les analyses par diffraction des rayons X à incidence rasante couplées à des mesures de réflectivité ont permis de mettre en évidence la structure des films et de déterminer les épaisseurs des couches qui constituent les films. Enfin, une méthode originale de synthèse de matériaux mésoporeux organisés à base de TiO2 a été développée. La précipitation de TiO2 dans la mésophase hybride est déclenchée à l'aide d'un traitement par NH3 (g). La structure des matériaux est conservée après l'étape de calcination laquelle permet de cristalliser TiO2 en phase anatase. L'activité photocatalytique de ces matériaux a ensuite été testée sur la réaction de photodégradation du méthylorange / This work deals with the preparation of mesoporous materials from fluorinated liquid crystals via the LCT mechanism. Synthesis parameters have been optimized for the preparation of ordered mesoporous silica with the hexagonal H1 phase of water/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH system. Results show a correlation between pore diameters of materials and hydrophobic diameters measured in liquid crystals. According to the coprecipitation method, incorporation of TiO2 in a silica matrix, synthesized using micelles (via the cooperative templating mechanism CTM) or the hexagonal phase of C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/water system (via liquid crystal templating mechanism LCT). Both pathways lead to a loss of mesopore ordering and a decrease of the specific surface area when titania content increases. If materials are prepared via CTM mechanism TiO2 is present on the surface whereas TiO2 is in the bulk when LCT mechanism is used. Mesoporous thin films have been prepared via EISA method. Grazing incidence small angle X-Ray scattering and reflectivity analysis have been used to define the structure of films and the thickness of the different layers. Finally an original method has been developed for the preparation of ordered titania mesoporous materials. Precipitation of titania in the hybrid mesophase is activated by a NH3 treatment. The structure is preserved after calcination step which allow the formation of TiO2 anatase. Photocatalytic activity of these materials has been tested on the photodegradation of methylorange

Cette étude a pour but d’explorer le comportement de radicaux centrés sur des atomes de soufre dans des silices nanostructurées de type hexagonales 2D. Une large variété de silices a été synthétisée en jouant sur la nature et la charge en précurseurs organiques. La synthèse de silices de type SBA-15 fonctionnalisées avec des précurseurs de radicaux sulfanyle, sulfinyle et sulfonyle a été réalisée grâce au procédé sol-gel. Ces matériaux nanostructurés ont permis de fortement exalter la persistance des radicaux formés en leur sein.Des radicaux alkyl- et arylsulfanyle ont été formés par photolyse de thiols greffés dans des silices. Ces radicaux ont été piégés par la tert-butylphénylnitrone et les adduits de spin ainsi formés ont vu leur temps de vie grandement augmenter par rapport aux mêmes expériences conduites à partir de précurseurs non greffés. L’observation directe du radical arylsulfanyle à température ambiante a pu être réalisée, le temps de demi-vie pouvant aller jusqu’à plusieurs jours, même en présence de dioxygène.Des précurseurs contenant un motif diazène greffés dans une silice ont permis la formation et l’observation directe de radicaux arylsulfanyle, arylsulfinyle et arylsulfonyle par photolyse à température ambiante et par thermolyse à 200 °C. Selon les conditions, des temps de demi-vie de plusieurs heures ont été enregistrés. / The aim of this study is to explore the behavior of sulfur-centered radicals in 2D-hexagonal nanostructured silicas. A large variety of silicas was synthesized by varying the nature and the loading of organic precursors. Synthesis of SBA-15 silicas functionalized with sulfanyl, sulfinyl and sulfonyl radicals precursors was achieved according to the sol-gel process. These nanostructured materials led to a dramatic enhancement in the lifetime of generated confined radicals.Alkyl- and arylsulfanyl radicals were formed by photolysis of thiols grafted in silicas. These radicals were trapped by tert-butylphenylnitrone and the resulting spin-adducts got their lifetime strongly enhanced as compared to the same experiment conducted with non-grafted precursors. Direct observation of arylsulfanyl radicals at room temperature was also achieved, the half-lifetime of which was recorded to be several days, even in the presence of dioxygen.Precursors containing a diazene framework grafted onto silica enabled the formation and direct observation of arylsulfanyl, arylsulfinyl and arylsulfonyl radicals by both photolysis at room temperature and thermolysis at 200 °C. Depending on the conditions, half-lifetimes of several hours were recorded for these radicals.

L’électrofilage est actuellement la méthode la plus utilisée pour la production de nanofibres grâce à sa simplicité, sa reproductibilité et la possibilité d’être industrialisée. Grâce à leurs propriétés particulières telles qu’un grand rapport surface-volume, une porosité inter-fibre élevée et une grande capacité d’adsorption, les nanofibres électrofilées sont de bons candidats pour de nombreuses applications telles que la filtration, les masques respiratoires, les matériaux composites, etc. Cependant, certaines applications particulières, telles que les capteurs, les systèmes d'administration contrôlée de médicaments ou les super condensateurs, exigent que les nanofibres doivent présenter des propriétés complémentaires telles que la conductivité électrique, la porosité de surface de nanofibres, l’hydrophobicité, ou d’autres propriétés particulières. Certains nanomatériaux comme les nanotubes de carbone, la silice mésoporeuse ordonnée, les argiles, ont des propriétés particulières comme la conductivité électriques élevée des nanotubes de carbone, la porosité des matériaux de silice mésoporeuse ordonnée ou de l’argile. Ces propriétés des nanomatériaux peuvent être les fonctions complémentaires cherchées. Dans notre étude, des non-tissés composés de nanofibres de polyacrylonitrile chargées par nanotubes de carbone à multi-parois (MWNT), de la montmorillonite sodique (MMT-Na) ou de la silice mésoporeuse ordonnée (de type SBA-15), sont produits par électrofilage. Les résultats montrent que l’insertion de MWNT rend le non-tissé conducteur en augmentant la conductivité électrique volumique par six ordres de grandeur (de ~ 2×10-12 à ~ 3×10-6 S/m) avec un très faible seuil de percolation de 0.5 % massique. Lorsque le non-tissé est soumis à une compression, la conductivité électrique volumique augmente en augmentant la pression (jusqu’à ~ 2 kPa). Ces non-tissés conducteurs sont très intéressants pour le développement des capteurs à faible amplitude. Les résultats montrent aussi que l’accessibilité des pores des particules inorganiques (c’est-à-dire, les mésopores de SBA-15 et l’espace interfoliaire de MMT-Na) insérées dans la structure nano fibreuse est encore possible. Il a été trouvé que plus de 50% des mésopores de SBA-15 insérées sont encore accessibles quelles que soit les conditions de l’électrofilage et la fraction massique de SBA-15. En outre, l’insertion de ces particules inorganiques apporte plus de stabilité thermique aux nanofibres composites. / Electrospinning is the most common method for the production of nanofibres due to its simplicity, repeatability, and the ability to be scaled up. Owing to their advanced properties like the high surface-to-volume ratio, high interfibrous porosity, high adsorption capacity, etc. electrospun nanofibers are good candidates for many applications such as filtration, respiratory masks, composite materials and others. However, some specific applications including sensors, controlled drug delivery systems, supercapacitors, etc. still require complimentary functions that do not exist in pristine nanofibers in their basic structure like the electrical conductivity, surface porosity of the nanofibers, hydrophobicity, and others.Nanomaterials like carbon nanotubes, ordered mesoporous silica, layered silicate, etc. are characterized by particular properties like the high electrical conductivity of carbon nanotubes, the porosity of ordered mesoporous silica or layered silicate. These particular properties of nanomaterials can fulfill of the targeted functions.In our study, nonwovens made from nanofibers of polyacrylonitrile incorporated with multiwalled carbon nanotubes (MWNT), layered silicate type Na-montmorillonite (Na-MMT) or ordered mesoporous silica type SBA-15 are successfully produced by electrospinning.Results reveal that the incorporation of MWNT altered the electrical state of the nonwoven from insolent to conductor where the volume electrical conductivity increased by six order of magnitude (from ~ 2×10-12 to ~ 3×10-6 S/m) with a very low percolation threshold of about 0.5 wt%. The application of mechanical pressure to the conductive nonwoven causes an increase in the volume electrical conductivity with the increase of the applied pressure (up to ~ 2 kPa). Such conductive nonwoven is very interesting for the development of sensor with low amplitude.Results also show that accessibility of the pores of the inorganic particles (i.e. mesopores of SBA-15 and interlayer space of Na-MMT) incorporated into the nanofibers is still possible. It is found that at least 50% of SBA-15 mesopores are still accessible whatever is the electrospinning conditions and SBA-15 mass fraction. In addition, the incorporation of the studied inorganic particles yields higher thermal stability for the composite nanofibers.

O verniz acrílico Paraloid B72TM é um termoplástico que atua como um bom adesivo formando filmes claros. Tem sido usado em conservação e restauração de bens culturais desde os anos 50. Por apresentar Tg próximo a 40°C, no Brasil, algumas substâncias podem ficar adsorvidas à superfície de camadas pictóricas envernizadas. Nesse caso, a limpeza tradicional (palito com algodão e solventes) pode acarretar danos (penetração do solvente, abrasão, etc.) à obra de arte. A limpeza por métodos aquosos (géis e emulsões) pode deixar resíduos que interagem com os materiais originais. Por outro lado, a utilização de nano-géis magnéticos é bastante restrita e de difícil acesso. Esse trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de filmes adsorventes de celulose/SBA-15 para retirada do verniz Paraloid B72TM, onde se fizer necessário. Esses filmes foram empregados sobre miméticos (pinturas originais de diferentes técnicas e obras confeccionadas para estudo envernizadas com Paraloid B72TM) para verificação de sua eficácia. As matérias primas, os miméticos e os filmes adsorventes, antes e após a aplicação, foram caracterizadas por técnicas físico-química e analíticas [análise térmica (TG/DTG e DTA); espectroscopia no infravermelho (FTIR); microscopia eletrônica de varredura (MEV); microscopia eletrônica de transmissão (MET); espectroscopia de fluorescência de raios X (XRF), microscopia digital de superfície e estereoscopia]. A microscopia digital de superfície e a estereoscopia foram usadas para inspeção do micro morfologia da superfície e possibilitaram identificar a presença de partículas adsorvidas na superfície das obras. A MEV, a MET permitiram observar a micromorfologia das superfícies e a FTIR caracterizar as matérias primas e os filmes adsorventes. O comportamento térmico das matérias primas e dos filmes adsorventes, antes e após a aplicação, foi avaliado por TG/DTG e DTA. A avaliação dos miméticos e dos filmes de adsorção, antes e depois da aplicação, por XRF evidenciou que não houve danos aos miméticos. O filme de celulose/SBA-15 como adsorvedor da resina acrílica na limpeza de superfícies policromadas em obras de arte, por meio de um solvente, se mostrou eficaz. Esse método é alternativo e não pretende substituir qualquer outro já existente. Visto que, em restauração de obras de arte cada caso é especifico e nada substitui o conhecimento, discernimento e destreza do restaurador. / The acrylic varnish Paraloid B72TM is a thermoplastic, which acts as an adhesive forming clear films. It has been used in conservation and restoration of cultural property since the 50ths. By presenting Tg near 40°C, some substances can become adsorbed on the surface of varnished paintng layers, for example in Brazil. In this case, the traditional cleaning (stick with cotton and solvents) can cause damage (penetration of the solvent, abrasion,...) to the artwork. The cleaning of aqueous methods (gels and emulsions) can leave residues that interact with the original materials. Already, the use of magnetic nano-gels is restricted and difficult to access. This paper aims at developing cellulose/SBA-15 adsorbent films for withdrawal of Paraloid B72TM varnish, where it becomes necessary. These films were employed on mimetic (original paintings of different techniques and works made for study varnished with Paraloid B72TM) to verify its effectiveness. The raw materials, adsorbents and mimetic films before and after application were characterized by physico-chemical and analytical techniques [thermal analysis (TG/DTG and DTA); infrared spectroscopy (FTIR); scanning electron microscopy (SEM); transmited electron microscopy (TEM); fluorescent X-ray spectroscopy (XRF), digital microscopy and surface stereoscopic]. The digital microscopy and surface stereoscopy were used to inspect the surface micro morphology and it was possible to identify the presence of particles adsorbed on the surface of the artwork. The SEM, the TEM showed the micro morphology of the surfaces and FTIR characterized the raw materials and adsorbents films. The thermal behavior of materials and adsorbents films before and after application was evaluated by TG/DTG and DTA. Assessment of adsorption and mimetics films before and after application by XRF showed that there was no damage to the mimetic. The cellulose/SBA-15 film as adsorbent in the acrylic resin in polychrome surface cleaning artwork by means of a solvent, is effective. This method is alternative and not intended to replace any existing one. Since, in restoration of works of art each case is specific and nothing replaces the knowledge, insight and conservator dexterity.

Les analogues du bleu de Prusse sont intéressants pour le stockage de l’information car ils présentent des propriétés de photo-commutation. Afin d’intégrer et d’exploiter ces propriétés photomagnétiques dans d’éventuelles applications, il est nécessaire de faire une étape de mise en forme. Cette dernière consiste à contrôler la taille, la forme ainsi que l’arrangement tridimensionnel des nanoparticules. Une stratégie consiste à élaborer des oxydes de silice nanostructurée par le procédé sol-gel. Une méthode a consisté faire précipiter les analogues du bleu de Prusse photomagnétiques dans la nanoporosité. Ainsi, il a fallu obtenir un monolithe ayant une unique organisation et non un mélange de phases. Il a été possible d’optimiser la méthode pour obtenir un monolithe hexagonal ayant des ions cobalt. Cette méthode a pu être étendue à différentes organisations : lamellaire, cubique, hexagonale, vermiculaire. Un traitement thermique permettant d’éliminer le copolymère afin de former le nanoréacteur. Une étude a permis de montrer que l’organisation etait conservée après un traitement thermique. Les ions cobalt subissaient une thermo hydrolyse durant le traitement thermique.Il a été possible de mettre en place une méthode d’imprégnation permettant d’obtenir différents nanocomposites CoFe et de contrôler la stœchiométrie des particules d’ABP confinées.Cette méthode a permis d’élaborer des nanocomposites CoFe sans cations alcalin et des nanocomposites CoFe contenant deux cations rubidium par maille. Les propriétés magnétiques ont permis de montrer l’effet de la mise en forme. De plus cette étude a permis de montrer que les propriétés de commuation sont concervées mêmes sur des nanoparticules de 5 nm. / The Prussian blue analogues (CoFe PBA) have attracted growing interest owing to the tunability of their magnetic properties by external stimuli that make them good candidates for future optical memories or switching devices.This study need a processing step to elaborate a nanocomposite material with full control on the stoichiometry, the size, the shape and the organisation of PBA particles.Our strategie consit to precipitate photomagnetic Prussian blue analogue in the nanoporosite. Our main idea is to use mesoporous silica monoliths as template for the precipitation of the PBA in order to control the size and the shape of the nanoparticles. A silica monolith contaigning cobalt ions in the hexogonal structuraction have been obtained. The method have been extended to another structuration ( wormlike, cubic and lamallar). A termal traitement at 500°C in air have been optimised to remove the copolymer and to obtain the nanoreacteur. During the termal traitement the cobalt ion change the symmetry. A thermo-hydrolysis of the cobalt drives to the formation of monomer tetrahedron of cobalt.The precipitation of Prussian Blue Analogues is realized by impregnation with a solution of potassium hexacyanoferrate (III). The parameters of the impregnation have to be finely controlled in order to obtain nanocrystals of Co-Fe wihout alkalin cations and nanocrystrals of CoFe with two cation rubidium. A photomagnetic nanocrystrals have been obtained.

Les matériaux à base de vanadium sont largement utilisés comme catalyseurs pour l'oxydation de composés organiques. Les propriétés catalytiques des catalyseurs au vanadium pour l'oxydation dépendent de l'état et de la stabilité des espèces de vanadium. Dans cette étude, nous développons des nouveaux catalyseurs hétérogènes au vanadium pour la réaction d’oxydation.Dans la première partie du travail, les matériaux mésoporeux à base de silice (MCM-41) contenant du Al (III) et du Ti (IV) sont envisagés comme supports. L'effet d'ancrage chimique de ces hétéroatomes sur les ions V (V) et leur dispersion dans la silice MCM- 41 ont été étudiés à l'aide d'une analyse quantitative des spectres UV-visible de réflectance diffuse. En complément, les matériaux ont été caractérisés par diffraction des rayons X (DRX), mesure de sorption d’azote, spectroscopie de résonance magnétique électrique (RPE) et la spectroscopie Raman. Les spectres UV-visible des échantillons hydratés et déshydratés mettent en évidence la coexistence de plusieurs espèces V (V) de différente nucléarité et différent taux d'hydratation. Le décalage vers le bleu de la bande UV des échantillons contenant comme des additifs les ions Al(III) ou Ti(IV) est cohérent avec une meilleure dispersion des ions vanadium présentant entre autres plus d’espèces mononucléaires (isolées). L'effet bénéfique du titane sur la dispersion de vanadium est compatible avec la formation directe de ponts covalents de type Ti-O-V.Dans la seconde partie, les ions V(IV) ont été déposés sur des matériaux mésoporeux à base de silice en utilisant une nouvelle stratégie dite de pochoir moléculaire ou « Molecular-Stencil Patterning ». La stratégie de pochoir moléculaire s’applique à la silice contenant des tensioactifs ioniques en utilisant ces derniers comme agent de masquage lors du greffage covalent de diverses fonctions. Cette stratégie de surface moléculaire permet de contrôler à la fois le voisinage moléculaire et la dispersion à longue distance des espèces de vanadium entre elles. La caractérisation a été effectuée en utilisant plusieurs méthodes telles l’analyse thermogravimétrique (ATG), la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), la spectroscopie infrarouge (IR) et la spectroscopie UV-visible. L'incorporation des ions titane (IV) joue le rôle d’ancre chimique pour les ions V(IV) comme dans le chapitre précédent. Il est montré qu’une proportion de V/Ti inférieure à un et proche de trois génère les meilleures conditions pour éviter la formation de gros agrégats d’oxyde de vanadium.Enfin, ces nouveaux matériaux au vanadium ont été testés en phase liquide pour catalyser l'oxydation partielle du cyclohexane en une huile désignée par son rapport molaire K/A de cyclohexanone (K) et de cyclohexanol (A). Ce mélange est utilisé comme telle en chimie industrielle de base, an particulier comme précurseurs de l'acide adipique et de caprolactame pour la synthèse du nylon. Les tests ont démontré que l’introduction de titane combiné à la stratégie de pochoir moléculaire a notablement amélioré les propriétés catalytiques de ce type de catalyseurs au vanadium.En conclusion, la silice MCM-41 au vanadium a été conçu par l’introduction des hétéroatomes d'ancrage et de la stratégie de pochoir moléculaire, afin d'améliorer la dispersion et la stabilité des sites actifs. Les matériaux conçus ont montré de meilleures propriétés et caractéristiques catalytiques dans divers caractérisation et la réaction d'oxydation. / Vanadium-based materials are widely used as catalysts for oxidation of organic compounds. The catalytic properties of vanadium catalysts for oxidation are related closely to the state and the stability of vanadium species. Therefore, a series of vanadium-containing MCM-41 silica were designed and developed in this study, and their catalytic application for oxidation reactions was evaluated as well.In the first part of work, the chemical anchoring effect of Al(III) or Ti(IV) heteroatoms on the dispersion of V (V) in MCM-41 type silica was investigated using a quantitative analysis of diffuse reflectance UV-visible spectra. The characteristic properties of prepared materials were determined by various characterization such as X-ray diffraction (XRD), N2 sorption measurement, Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, UV-visible spectroscopy and Raman spectroscopy. UV-visible spectra of hydrated and dehydrated samples evidenced the coexistence of several V(V) species of different oligomerization and hydration levels. The global blue shift of the band in the presence of Al(III) or Ti(IV) additives was then assigned to a higher proportion of less clustered and isolated V(V) species. The stronger beneficial effect of Ti on the vanadium dispersion is consistent with a higher stability of the X-O-V bridges moving from X = Si to X = Al and Ti. In the second part, new mesoporous silica materials containing vanadium species were synthesized according to the molecular stencil patterning technique. Molecular stencil patterning is developed specifically for silica templated with ionic surfactants used as masking agent to sequentially immobilize via covalent bonding (grafting) different functions. This molecular surface engineering was proved to improve the vanadium species dispersion according to Thermogravimetric Analysis (TGA), Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR), Infrared spectroscopy (IR) and UV-visible spectroscopy. The incorporation of titanium species played again the role to immobilize the vanadium species as the results in previous work. The V/Ti ratio should be less than 1 to control the formation of clusters of vanadium species.Lastly, the vanadium-containing materials were applied to the liquid phase oxidation of cyclohexane into cyclohexanol (A) and cyclohexanone (K). A mixture of these two products is often called K/A oil in the industrial chemical production. K/A oil is widely used as a raw material for adipic acid and caprolactam in the nylon industry. The catalysis results proved that the modification by adding titanium chemical anchors combined with the MSP technique improve the catalytic properties of vanadium-containing heterogeneous catalysts.In conclusion, the dispersion and stability of vanadium active sites has been improved in new syntheses of vanadium-containing MCM-41 type silica by combining both anchoring heteroatoms and molecular stencil patterning techniques. Such a novel design leads to better catalytic performance in oxidation reaction in correlation with the structural and physical characteristics of the material.

L’objectif de cette thèse est de développer un concept inédit permettant l’utilisation de silices mésoporeuses pour encapsuler des principes actifs cosmétiques de façon permanente, ce qui permet d’améliorer leur tolérance cutanée, d’optimiser leur stabilité à la lumière tout en préservant leur efficacité et de faciliter leur formulation au sein de produits cosmétiques. Pour cela, la voie consistant à encapsuler des filtres UV à usage cosmétique au sein de silices mésoporeuses de type MCM-41 de façon in-situ a été choisie car elle semblait la plus propice à l’encapsulation d’une grande quantité de principes actifs de façon permanente. Deux filtres UV ont été étudiés un lipophile, nommé Parsol MCX, et un hydrophile, appelé Parsol HS. Pour l’ensemble des principes actifs étudiés, un taux d’encapsulation approprié a été obtenu et les caractérisations, effectuées notamment par RMN du solide, ont permis de montrer que l’encapsulation est effective au sein des pores ce qui, couplé à la bonne stabilité de l’encapsulation dans le cas de l’actifs hydrophile, garantit un contact minimum entre l’actif et la peau du consommateur. En revanche, un relargage important de filtre UV lipophile a été constaté. Il a été établi que les propriétés physico-chimiques des matériaux diffèrent significativement suivant que les principes actifs encapsulés soient lipophiles ou hydrophiles. Dans tous les cas, l’organisation poreuse, l’ordre structural et la morphologie des particules contenant des principes actifs varient significativement par rapport aux silices mésoporeuses de référence de type MCM-41, synthétisées sans principe actif. La présence de principe actif au sein du milieu réactionnel a donc une influence sur la structure et la texture des matériaux obtenus, ce qui est dû aux interactions entre les molécules de principe actif, les espèces silicate et les molécules de tensioactif au sein du milieu réactionnel. / The objective of this thesis is to develop a new concept that consists to permanently encapsulate cosmetic active ingredients into mesoporous silica. The encapsulation of these active molecules improves their skin tolerance, optimizes their light stability while preserving their effectiveness and facilitates their formulation in cosmetic products. Thus, UV filters have been encapsulated in MCM-41 type mesoporous silica by using in-situ route because it seemed the most efficient route to achieve permanently encapsulation of large quantities of active. Two UV filters have been studied. One is lipophilic (Parsol MCX) and the other is a hydrophilic (Parsol HS). For all the active molecules studied, an appropriate encapsulation rate was obtained and the characterizations, particularly these performed by solid-state NMR, have shown that the encapsulation is effective within the pores which, coupled with the good stability of encapsulation in the case of hydrophilic actives, ensures minimal contact between the active and the consumer's skin. In contrast, a significant release of lipophilic UV filter was found. It was established that the physico-chemical properties of the synthesized materials differ significantly according to the lipophilic or hydrophilic nature of the encapsulated molecules. In all cases, the porous organization, the structural order and the morphology of the particles containing active ingredients vary significantly compared to the reference MCM-41 type mesoporous silica, synthesized without active ingredient. Thus, the presence of the active ingredient in the reaction medium has an influence on the structure and the texture of the synthesized materials, which is due to interactions between the actives molecules, the silicate species and the surfactant molecules in the reaction medium.